Přesné magnetické snímače a jejich aplikace

Podobné dokumenty
Přesné magnetické snímače a jejich aplikace

5. Magnetické senzory Magnetická měření Napěťový a proudový transformátor Bezkontaktní senzory el. proudu

BEZKONTAKTNÍ METODY PRO MĚŘENÍ ELEKTRICKÝCH PROUDŮ VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

ZÁKLADNÍ EXPERIMENTÁLNÍ

Metal Magnetic Memory Method

Měření neelektrických veličin. Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování

Lineární snímač polohy Temposonics EP

Název společnosti: Vypracováno kým: Telefon: Datum: Pozice Počet Popis 1 MAGNA Výrobní č.: MAGNA3 více než čerpadlo.

7. Měření lineární a úhlové polohy. Optoelektronické a ultrazvukové senzory

On-line datový list WL34-R230 W34 KOMPAKTNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

METODY CHARAKTERIZACE POLOVODIVÝCH TERMOELEKTRICKÝCH MATERIÁLŮ

On-line datový list VS/VE18-4P3240 V18 VÁLCOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

On-line datový list VS/VE18-4P3712 V18 VÁLCOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Nařízení vlády č. 291/2015 Sb.

On-line datový list. WTR1-P721S09 ZoneControl MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

FYZIKA KOLEM NÁS. bez vnějšího pole. s vnějším polem

On-line datový list. RT-P2231 ZoneControl MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Lineární snímač polohy Temposonics EP EL

Mapování indukce magnetického pole v okolí malých cívkových aplikátorů metodou magnetické rezonance

Akustický přijímač přeměňuje energii akustického pole daného místa na energii elektrického pole

Ultrazvuková defektoskopie. Vypracoval Jan Janský

Název společnosti: - Vypracováno kým: - Telefon: - Fax: - Datum: -

Název společnosti: - Vypracováno kým: - Telefon: - Fax: - Datum: -

Název společnosti: Vypracováno kým: Telefon: Datum: Pozice Počet Popis 1 MAGNA F. Výrobní č.: MAGNA3 více než čerpadlo.

Název společnosti: PUMPS-ING.BAKALÁR. Telefon: Fax: - Datum: - Pozice Počet Popis 1 MAGNA F. Výrobní č.

On-line datový list WL45-P260 W45 KOMPAKTNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

7. Měření lineární a úhlové polohy. Optoelektronické a ultrazvukové senzory

Název společnosti: PUMPS-ING.BAKALÁR. Telefon: Fax: - Datum: - Pozice Počet Popis 1 MAGNA Výrobní č.

On-line datový list. RT-P4000S02 ZoneControl MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

On-line datový list WS/WE34-R230 W34 KOMPAKTNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

On-line datový list WL260-S270 W260 KOMPAKTNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Účinky měničů na elektrickou síť

Harmonizace metod vyhodnocení naměřených dat při zkratových zkouškách

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

ÚVOD DO PROBLEMATIKY PIV

Stanovení polohy kluzných trnů v CB krytu georadarem

On-line datový list. WTT12L-A2513 PowerProx MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Teorie elektromagnetického pole Laboratorní úlohy

Seznam elektromateriálu

On-line datový list VL18-4P3640 V18 VÁLCOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

12. MAGNETICKÁ MĚŘENÍ, OSCILOSKOPY

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

On-line datový list. WS/WE2F-E010 S04 W2 Flat MINIATURNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

On-line datový list. WTT12L-B3531 PowerProx MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Magnetické pole v látce

Externí 12V / 200 ma (adaptér v příslušenství)

On-line datový list. WTT190L-K3534 PowerProx MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

WTR1-P821 ZoneControl. On-line datový list

1. Co je to senzor. Snímá fyzikální, chemickou či biologickou veličinu Převádí ji na signál nebo na jinou veličinu

On-line datový list WT45-R260 W45 KOMPAKTNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Název společnosti: VPK, s.r.o. Vypracováno kým: Ing. Michal Troščak Telefon: Datum:

Srovnávací studie cementovaných a nitridovaných vzorků pomocí analýzy Barkhausenova šumu a RTG difrakce

On-line datový list. WTT190L-A2232 PowerProx MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Měřící technika. 5/2019 (N)

Magnetická rezonance (3)

On-line datový list. WS/WE2F-F110 W2 Flat MINIATURNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

On-line datový list VT12-2P110S01 V12-2 VÁLCOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Využití magneticko-rezonanční tomografie v měřicí technice. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. Ing. Petr Marcoň

Hladinoměry Ultrazvukové

Magnetická rezonance (3)

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

MT-7059 Multifunkční tester sítí a vyhledávač vodičů

Nedestruktivní metody 210DPSM

Bezdrátový přenos signálu v reálné aplikaci na letadle.

On-line datový list. WTR1-P721B11 ZoneControl MULTITASKINGOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

On-line datový list MLG1-0140F511 MLG MĚŘICÍ SVĚTELNÉ MŘÍŽE PRO AUTOMATIZAČNÍ TECHNIKU

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory

OPTICKÉ SNÍMAČE HLAVNÍ VÝHODY

Senzory průtoku tekutin

On-line datový list VT12T-2N430 V12-2 VÁLCOVÉ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie NMR. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Nedestruktivní defektoskopie - Magnetodefektoskopie

3. Měření efektivní hodnoty, výkonu a spotřeby energie

Název společnosti: VPK, s.r.o. Vypracováno kým: Ing. Michal Troščak Telefon: Datum:

SPECIFIKACE POŽADAVKŮ NA SYSTÉM


INFRAZÁVORY SBT 30 (S) SBT 60 (S) SBT 80 (S) SBT 100 (S) SBT 150 (S) INSTALAČNÍ NÁVOD

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

Hladinoměry Ultrazvukové

On-line datový list WT45-P200S03 W45 KOMPAKTNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE


VÍŘIVÉ PROUDY DZM

( ) C ( ) C ( ) C

Modulační parametry. Obr.1

VÁLCOVÉ MALÉ M12 OPTICKÉ SNÍMAČE V POUZDŘE M12 PRO RŮZNÁ POUŽITÍ VÁLCOVÉ MALÉ HLAVNÍ VÝHODY

Přehled veličin elektrických obvodů

Řada 85 - Časové relé miniaturní, 7-10 A

České vysoké učení technické v Praze Fakulta biomedicínského inženýrství

On-line datový list WTB4SL-3P2262V W4SL-3V MINIATURNÍ OPTOELEKTRONICKÉ SNÍMAČE

11. MĚŘENÍ SŘÍDAVÉHO PROUDU A NAPĚTÍ

Přenos informace Systémy pro sběr a přenos dat. centralizované a distribuované systémy pojem inteligentní senzor standard IEEE 1451

Detektor kouře FireGuard. Aplikace Včasné varování před studeným kouřem v silničních tunelech Detekce kouře v prostředích s korosivní atmosférou

WT160-E172. On-line datový list

ZAŘÍZENÍ MAGNETICKÉHO CHLAZENÍ NA ČVUT FAKULTĚ STROJNÍ

Vzájemné silové působení

Přenos signálů, výstupy snímačů

Bezkontaktní půdní senzor pro mapování půdního profilu a variabilní zpracování půdy.

Transkript:

Přesné magnetické snímače a jejich aplikace Aplikace v lékařské technice A. Platil (ČVUT v Praze) Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 1

Osnova Dva konkrétní příklady výzkumu Magnetopneumografie Cíle Použití gradiometrů Použité senzory Interpretace dat Další směry výzkumu Měření objemu žaludku Metoda měření a výsledky 2

Magnetopneumografie Vyšetření zaprášení plic mag. prachem 1970s D. Cohen (stínění + SQUID) Kovoprůmysl - brusiči, svářeči Postup: Magnetizace v DC poli Změření remanentního pole plic Určení množství a rozmístění prachu v plicích D. Cohen, Measurements of the magnetic fields produced by the human heart, brain and lungs, IEEE Trans. Mag., Vol. MAG-11, No. 2 (Mar. 1975), 694-700 3

Biomagnetická pole Obr.: A.I. Braginski, prezentace na CNRS autumn school 2007 4

Magnetické pole Země Globálně: přibližně dipólový charakter Lokálně: převážně homogenní Gradient < 25pT/m Dlouhodobé variace < 25nT/rok Variace převážně homogenní (bez gradientu) 5

Gradient potlačení h. rušení Definice x zjednodušení (pouze vertikální složka): gradb B z (z2) z 2 B z 1 z (z 1 ) V našem případě: dvě hodnoty pole změřeny nezávisle, odečteny v SW 6

Gradiometrická základna Ideálně: d > 0 (gradient v bodě) x Ale: konečně malá úroveň šumu + Vzájemné ovlivnění FG sond => d min 10 cm (FG se zpětnovazební kompenzací pole) x single-core FG gradiometer 7

Jen pro ilustraci: Hallovy sondy + miniaturní rozměry - nízká citlivost (rozsah +/- 500mT, diff. 6mT) Obr.: Melexis Podobně: diferenční GMR sondy NVE (AA00x-02) 8

Proton/Overhauser mag. Skalární měření šum 0.01nT/sqrtHz @ 1Hz Nelze v silném gradientu Použití: archeologie, prospekce, geologie Obr.: GEM Systems 9

SQUID + Nejcitlivější používaný senzor pole šum 1fT/sqrtHz @ 1Hz Nutnost kryotechniky (4.2K nebo H-Tc 77K) - Stíněná místnost, nebo gradiometr 10

Mag. stíněná místnost DC: několik vrstev materiálu s vysokým mu (permalloy) AC: 1-2 vrstvy s vysokou vodivostí (Al) + potlačení vnějšího pole 1000x i více - nákladné Obr.: Ohtama Co., Ltd. 11

Fluxgate sondy pick-up excitation pick-up (differential) excitation pick-up (differential) excitation pick-up (homogenous) 12

Porovnání FG konstrukcí Ringcore (prstencová) + Šum + Stabilní offset + Vyvážení - Demagnetizace - Citlivost - Kolmé pole Rod-core (tyčová) - Šum + Demagnetizace + Citlivost + Kolmé pole 13

Magnetometr fluxgate 14

Šum fluxgate magnetometru Spektrum šumu (PSD) prstencové fluxgate sondy v oblasti nízkých frekvencí. Šum je typu 1/f, asi 15pT/sqrtHz @ 1Hz 15

Šum fluxgate gradiometru Spektrum šumu (PSD) gradientního signálu ze dvou prstencových sond, základna je 10cm, šum je 350 pt/m/sqrthz at 1Hz. 16

Analog vs. digital Dosavadní výsledky výrazně lepší u analog. Šum analog. 15pT/sqrtHz @ 1Hz Šum digitální 1nT/sqrtHz @ 1Hz Obr.: Cerman et al.: Sensors and Actuators A 121 (2005), 421 429 17

Fluxgate vs. AMR + AMR miniaturní (mm AMR x cm Fluxgate) - ALE: Fluxgate stále výrazně lepší než AMR Obr.: Vopálenský et al.: Sensors and Actuators A 106 (2003) 38 42 18

Citlivost a potlačení hom. pole Kalibrace v gradientním poli H. cívek K G = 17mV/(uT/m) Potlačení homogenní odpovědi (falešný gradient způsobený hom. polem) K H = 0,035 (T/m)/T 19

Magnetování subjektu Magnetování subjektu (dobrovolníka) v DC poli Intenzita pole asi 0.2 T (MRI 1.5T - 3T) 20

Magnetování subjektu Obr.: Tomek et al.: Sensors and Actuators A 132 (2006) 214 217 Hlaváček: Bakalářská práce, ČVUT 2007 21

Nemagnetické lůžko Gradient [T/m] x 10-8 4 2 0 Polohovací lůžko: pohyb v X-Y rovině, magnetometr vertikálně na portálu -2 Grad 1 Grad 2 19:00 0:00 5:00 10:00 15:00 Time [hr:min] Obr: Tomek, Disertační práce, ČVUT v Praze 2009 22

6-kanálový magnetometr 6-kanálový magnetometr a závěs nad lůžkem Obr.: Tomek et al.: IEEE Sensor J. 2009, vol. 9, no. 4, p. 377-383. 23

Měření vs. model Gradient [T/m] Gradient [T/m] Gradient [T/m] x 10-7 15 10 5 0 x 10-7 15 10 5 0 60-5 40 20 0 0 20 40 60 60-5 40 Y [cm] 20 0 0 20 X [cm] 40 60 Figure 1. Modeled gradient 1, 1 st -2 nd sensor Figure 2. Measured gradient 1, closer sensor is18 cm from the bed x 10-8 x 10-8 3 3 2 2 1 1 0 60-1 40 Y [cm] 20 0 0 20 X [cm] 40 60 0 60-1 40 Y [cm] 20 0 0 20 X [cm] 40 60 Figure 3. Modeled gradient 4, 4 th - 5 th sensor Figure 4. Measured gradient 4, closer sensor is 48 cm from the bed Obr.: Tomek et al.: IEEE Sensor J. 2009, vol. 9, no. 4, p. 377-383. 24

Mapa gradientního pole Obr.: Tomek, Platil: Sensor Letters 2009, vol. 7, no. 3, p. 423-428. 25

Interpretace dat Integrated gradient (T/m) 2.0E-04 distance 20 cm 1.5E-04 1.0E-04 5.0E-05 distance 28 cm 0.0E+00 0 100 200 300 400 500 number of magnetized cubes Obr.: Tomek, Platil: Sensor Letters 2009, vol. 7, no. 3, p. 423-428. 26

Diskrétní model plic Obr.: Z. Jedlička: Diplomová práce, ČVUT v Praze 2010 27

Další směry výzkumu Mikročástice klasická (DC) MPG x Detekce (superparamagnetických) nanočástic AC / pulsní metody F.Ludwig et al., IEEE TRANS. MAG., VOL. 45, NO. 10, OCTOBER 2009, 4857 28

Detekce nanočástic 0,6ml = 10mg Endorem Obr.: Janošek et al.: Journal of Applied Physics 2009, vol. 105, no. 7, p. 7E717 29

Měření objemu žaludku (Indukční měření vzdálenosti in vivo) 30

Měření objemu žaludku Účel: řízení stimulace žaludku pacerem u morbidně obézních pacientů (USA) Lepší výsledky při stimulaci podle situace (namísto trvalé stimulace) Problém: měření objemu (vzdálenosti) in vivo Nelze kontaktními senzory -> indukční princip 31

Bezkontaktní měření Externí elektronika + indukční senzory vzdálenosti na stěně žaludku Vysílač-přijímač: indukované napětí ~ vzdálenost Vzdálenost -> objem žaludku 32

Elektronika Obr: J.Tomek, Disertační práce, ČVUT v Praze 2009 33

Uind [microv] Vysílač a přijímač Distance - Induced Voltage 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Distance [cm] 34

Poloha mag. dipólu 35

Nepříznivý vliv polohy Vliv úhlové odchylky (ne-koaxiální cívky) Vliv příčné odchylky (ne-koaxiální cívky) Obr.: Tomek et al.: Sensors and Actuators A 142 (2008) 34 39. 36

Tříosý přijímač Obr.: Tomek et al.: Sensors and Actuators A 142 (2008) 34 39. 37

Potlačení chyby (3 osy) Tříosým měřením lze docílit snížení chyby vzdálenosti (menší závislost na koaxialitě) Obr.: Tomek et al.: Sensors and Actuators A 142 (2008) 34 39. 38

Testy in vivo Distance [mm] Testy in vivo na psech (Veterans Administration Hospital in Oklahoma City ) Signál o poloze po konzumaci potravy 26 24 22 20 18 LP filtered Raw data 16 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Time [minutes] Obr: J.Tomek, Disertační práce, ČVUT v Praze 2009 39

Literatura Andra, Nowak (eds.) ISBN 978-3-527-40558-9 Clarke, Braginski (eds.) ISBN 978-3-527-40408-7 Ripka (ed.) ISBN 978-1-58053-057-6 40